[發明專利]一種二維電阻陣列讀出電路、方法及系統

有效

• 申請號: 202010085696.8
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111289801B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 王蕾
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14;G01D5/16
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 史俊軍

本發明公開了一種二維電阻陣列讀出電路、方法及系統，采用不同頻率且頻率值互為質數的多路交流電壓源，通過計算可同時獲得所有電阻的阻值，同時本發明不需要行/列選擇器、控制行/列選擇器的掃描控制器，避免了選擇器導通電阻和掃描控制器內阻對測量精度的影響。

技術領域

本發明涉及一種二維電阻陣列讀出電路、方法及系統，屬于電路技術領域。

背景技術

機器人觸覺是機器人非視覺傳感系統(觸覺、力覺、滑覺、接近覺、熱覺等)中最重要的一種，它可以測量物體表面的輪廓、紋理、硬度、粗糙度等對目標身份識別有重要價值的參數。觸覺還可以為視覺等其他傳感系統提供輔助信息，以提高機器人整體的環境感知能力。機器人觸覺的研究起步較晚，觸覺傳感器的設計與制造技術尚不完善，與此相應觸覺信息的處理方法也受到了忽視。國外從20世紀80年代初對觸覺傳感器及其信息處理方法開始了系統研究，我國在90年代也展開了研究工作。以往觸覺信息的處理方法大多從信號降噪的角度出發，對觸覺單元信息之間的關聯性研究較少，而研究這種關聯性的內在規律對觸覺系統性能提高有著重要意義。

陣列式傳感技術作為一種高選擇性、測試方法靈活、易于實現儀器微型化和集成化的分析技術，具有對大尺寸物體表面特性進行識別和檢測的優點。陣列式傳感器已取得了一系列的研究成果，但是在理論和技術仍有許多問題尚未解決，例如，陣列式傳感器的陣列之間的交叉干擾、傳感器的穩定性和重現性等問題都有待進一步解決。

阻性傳感陣列的分辨率是需要通過增加陣列中傳感器的數量來提高的，當傳感器陣列的規模增大，對所有元器件的信息采集和信號處理就變得困難。一般情況下，要對一個M×N規模的陣列傳感器進行逐個檢測，每個傳感器有兩個端口，共需要2×M×N根連接線。共用行線與列線的二維陣列可以降低器件互連的復雜性，但同時陣列網絡的互串效應和多路選擇器對檢測精度帶來了不確定性；將掃描控制器與電阻采樣電路和多路選擇器結合，雖然可以實現被測阻性傳感器的單個選定檢測，但是這僅僅是理想狀態下的與陣列中其他阻性傳感器的虛擬隔離，如果想屏蔽掉待測阻性傳感器所在公共行線與列線的多路選擇器內阻以及其他相鄰阻性傳感器引起的干擾，就需要在陣列的每一行每一列都設置掃描控制器和電阻采樣電路，因此僅僅在掃描控制器與電阻采樣電路的控制下，阻性傳感陣列的檢測電路無法同時達到較低的器件互連復雜度與較高的傳感器檢測精度。

圖1所示，是基于共用行線與列線的二維電阻陣列傳統讀出電路的示意圖。包括列多路選擇器1、共用行線和共用列線的二維電阻陣列2、行多路選擇器3、掃描控制器4及測量電路5。二維電阻陣列2包括分別作為共用行線和共用列線的兩組正交線路及按照M×N的二維結構分布的電阻單元陣列，陣列中的各個電阻單元一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，處于第i行、第j列的電阻單元用R_ij(i＝1…M，j＝1…N)表示，其中，M為行數，N為列數，電阻單元R_ij的一端與行多路選擇器3的y_ri端相連接，電阻單元R_ij的另一端與列多路選擇器1的x_cj端連接，行多路選擇器3的b_r1、b_r2、…、b_rM端口與測量電路5中運算放大器的反相輸入端相連，即運算放大器的反相輸入端為測量電路5的輸入端，測量電路5中運算放大器的同相輸入端接地線，運算放大器的反相輸入端和輸出端之間連接反饋電阻，掃描控制器4輸出行、列掃描控制信號，列掃描控制信號控制列多路選擇器1，行掃描控制信號控制行多路選擇器3。

圖1中的讀出電路存在以下缺點：1、無法同時測量所有電阻；2、選擇器導通電阻和掃描控制器內阻影響測量精度。

發明內容

本發明提供了一種二維電阻陣列讀出電路、方法及系統，解決了背景技術中披露的問題。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種二維電阻陣列讀出電路，包括交流電源組、二維電阻陣列、測量電路組和信號分析單元；